碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径课件

碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径国际交通运输装备轻量化碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径国际交1目前交通运输装备的设计和制造面临着升级换代，国内和国外的交通运输装备制造厂商都试图在该领域取得突破，机会对国内和国外的厂商都是均等的，但国际和国内的巨大市场需求为国内企业带来了特殊的商机，因此国内制造商必须抓住机遇，在国际市场的竞争中占据交通运输装备制造行业制高点，关键是谁能首先取得突破。面对挑战 抓住机遇占据国际交通运输装备制造行业的制高点(b)挑战和机遇目前交通运输装备的设计和制造面临着升级换代，国内和国外的交2《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》“要大力发展新型功能材料、先进结构材料和复合材料，开展共性基础材料研究和产业化，建立认定和统计体系，引导材料工业结构调整。”《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》“要大力发展新型功能3美国国家科技委员会——2012年美国SAMPE会议上的报告“从上个世纪80年代开始，技术的更新与经济发展已经从未像现在这样更多地依赖于新材料的开发利用。”美国国家科技委员会——2012年美国SAMPE会议上的报4材料是推动结构升级的基础碳纤维复合材料的全方位应用是新一代交通运输装备的标志，会成为引领产业结构升级换代、加快国产品牌走向世界、促进我国经济发展的催化剂材料是推动结构升级的基础碳纤维复合材料的全方位应用是新一代交5轻量化是当前交通运输装备发展的潮流节能，降低燃料消耗的需要降低全寿命成本的途径降低全系统工程造价（如桥梁、高架车站等）的需求交通运输装备制造产业升级的要求轻量化是当前交通运输装备发展的潮流节能，降低燃料消耗的需要6轻量化的材料选择新型轻质合金新型增强塑料(SMC和LFT)碳纤维连续纤维增强复合材料轻量化的材料选择新型轻质合金7新型轻质合金的问题与传统金属材料相比，其比刚度和比强度增加有限作为新研发的材料，在工艺制造和长期使用可靠性方面没有积累新型轻质合金的问题与传统金属材料相比，其比刚度和比强度增加有8新型增强塑料(SMC和LFT)的问题比刚度和比强度远低于传统的金属，只能用于非承力结构新型增强塑料(SMC和LFT)的问题比刚度和比强度远低于传统9碳纤维复合材料的优势利用碳纤维的高比模量、高比强度和结构可设计性，减重效果突出，特别是对有较高刚度或变形要求的结构利用复合材料可整体成型和日趋成熟的液体成形工艺（如RTM和VARI工艺），将由大量零件通过机械连接实现的复杂形状金属结构组件，简化为由少量一次成型零件，简单装配即可实现的的复合材料结构，大大减少零件和紧固件数，实现低成本制造在飞机结构中已应用了40年，积累了丰富的设计、制造和使用经验，基本成熟，迄今未因复合材料发生过任何灾难性的事故飞机结构已实现了性价比优于金属结构的低成本工程化应用，复合材料是飞机结构轻量化的惟一选择耐腐蚀、耐老化疲劳性能好优异的抗撞击和吸能性能碳纤维复合材料的优势利用碳纤维的高比模量、高比强度和结构可设10常用结构材料的性能比较常用结构材料的性能比较11应用的难点和存在的疑虑对先进复合材料制品长期使用的可靠性存有疑问，包括疲劳寿命、抗撞击性、耐腐蚀性、老化性能和可维护性等；获得的效益与增加的成本相比是否值得，不知是否能制造出性价比可接受的产品；缺乏对先进复合材料结构设计和制造技术的了解，包括人才和设备等，想用但又不知如何着手。信心(安全) 成本 技术应用的难点和存在的疑虑对先进复合材料制品长期使用的可靠性存有12商用飞机复合材料结构低成本之路上世纪70年代伊朗革命引发了石油危机降低油耗是航空公司对飞机制造商提出的迫切要求飞机结构轻量化是降低油耗的首选

飞机生产厂商（特别是波音和空客）之间的竞争加快了技术的升级换代

历经40年，从技术上解决了低成本复合材料结构技术的工程化应用难题商用飞机复合材料结构低成本之路上世纪70年代伊朗革命引发了石13商用飞机复合材料结构低成本之路1980B767MD87A310B787A380MD82B757A320B777A330A321A340MD110205040301970 1975198519901995200020052010复合材料结构用量

%60MD90A35010商用飞机复合材料结构低成本之路1980B767MD87A31148300设计航程（海里）7900基准最大空重/座+2%基准轮档燃油/座+6%基准现金使用成本/座+8%~900目前所获订单（架）

波音787的竞争机型1090A350波音787座位数（3级布局）2702428300设计航程（海里）7900基准最大空重/座+2%基准轮152004拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB”方案2006年底复合材料用量飙升到52％2006碳纤维复合材料用量约为40％A350迫于商业竞争压力不断修改设计方案，提高复合材料用量2004拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB16商用飞机复合材料结构低成本之路商用飞机复合材料结构低成本之路17商用飞机复合材料结构低成本之路美国政府为推动复合材料在飞机结构中应用的研究计划ACEE（飞机能效计划，1976~1986）ACT（先进复合材料技术计划，1988~1997）AST（先进亚声速计划，1992~2002）CAI（低成本复合材料计划，1996~2006）商用飞机复合材料结构低成本之路美国政府为推动复合材料在飞机结18商用飞机复合材料结构低成本之路欧盟赞助的推动复合材料在机翼机身结构中应用的研究计划TANGO (Technology Application to Near

TermBusinessGoalsand

Objectives，2000~2004)

ALCAS (Advanced Low Cost Aircraft Structures

，2004~2008)商用飞机复合材料结构低成本之路欧盟赞助的推动复合材料在机翼机19商用飞机复合材料结构低成本之路民用飞机与军机相比，更加注重安全性和成本，因此首先从扰流板这样的非受力结构开始应用，然后进入次承力构件，取得成功后再尝试主承力构件；在民机应用的初期，首先通过100多个扰流板的使用，取得复合材料在飞机结构中安全使用的经验和发现使用中出现的复合材料结构特有的问题（湿热影响和冲击损伤）；对尾翼结构的应用表明，仅凭碳纤维复合材料在密度和性能方面的优势所获得的使用成本（耗油）降低，就足以抵消制造成本的增加，使得全寿命成本（即采购成本、使用成本和维护成本之和）低于金属结构，因此从上世纪80年代中期后，几乎所有的民机尾翼结构均采用复合材料，复合材料的用量长期保持在10%左右；商用飞机复合材料结构低成本之路民用飞机与军机相比，更加注重安20商用飞机复合材料结构低成本之路从上世纪70年代中期开始，即着手机翼机身这样的主结构应用，发现仅靠已获得的减重效果带来的效益不足以抵消制造成本的增加，无法取得全寿命成本的优势。开始仍期望提高压缩设计值，以获得更多的减重效果。但研究发现，提高压缩设计值的努力无法取得突破，又转为对材料、制造工艺，以及整体化结构等其他途径的探索。历经了30多年的努力，本世纪初A380（复合材料占结构重量28%）和Boeing787（复合材料占结构重量50%以上，2009年12月15日首飞，2011年9月26日交付航线使用）投入批产，表明由材料、设计、制造工艺、维护性等的技术进步构成的低成本复合材料技术已进入工程化应用。为促进碳纤维复合材料在民用飞机结构中应用，需要政府部门赞助、以降低成本为核心的长期研究计划来牵引。商用飞机复合材料结构低成本之路从上世纪70年代中期开始，即着21复合材料制件的成本构成总成本材料和制造50%紧固件和装配50%制造成本铺贴(46%)铺层切割(8%)NDI(15%)修边(6%)装袋与固化(13%)模具(12%)降低低成成本本的的潜潜力力复合材料制件的成本构成总成本材料和制造紧固件和装配制造成本铺22CC22643020.ppt低成本的解决途径原材料——中模高强碳纤维和增韧树脂复合材料、大丝束、热塑性树脂等加工工艺——非热压罐工艺（OOA），包括真空袋成形、RTM（RFI、VARTM、VARI等），低温固化等制造自动化——ATL，AFP（提高工效和降低废品率）设计技术——整体化（利用共固化和共胶接技术，减少零件数和装配工时）降低维护成本和提高出勤率——利用优良的抗疲劳和耐腐蚀性能CC22643020.ppt低成本的解决途径原材料——中模高23December15

2009低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志December152009低成本复合材料技术已进入工程24低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志25成本是关乎碳纤维复合材料生存的命脉，只有生产出被用户接受的产品，碳纤维复合材料才能得到生存、发展和成为推动经济增长的动力。成本是关乎碳纤维复合材料生存的命脉，只有生产出被用户接受的26航空与交通运输装备领域的异同——相同点都有减重的迫切需求开始进入各自领域时都面临相同的问题——缺乏信心（安全）、成本和技术航空与交通运输装备领域的异同都有减重的迫切需求27航空与交通运输装备领域的异同——不同点交通运输装备领域对性能的要求略低于航空对采用碳纤维复合材料的迫切性不如航空对产品成本的可接受程度不如航空交通运输装备用复合材料结构的低成本技术可借鉴航空，但又有自己的特点，需要创新航空与交通运输装备领域的异同交通运输装备领域对性能的要求略低28碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的动力随着对减能降排和增加运力的需求，轨道交通装备减重最有效的措施之一一定是采用碳纤维复合材料目前轨道交通运输设备的总体技术虽稍占上风，但国外的创新能力远高于国内，随着国际上对高铁、轻轨、磁悬浮列车市场的扩大，国外厂商对轨道交通运输装备市场的兴趣会激发它们的技术创新，碳纤维复合材料必然是它们的首选。人无远虑必有近忧碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的动力随着对减能降排和增加29碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的现状由于轨道交通领域缺乏碳纤维复合材料的设计与制造技术，习惯于用金属的设计技术和玻璃钢的传统制造技术，无法用碳纤维复合材料获得性价比优于用现有材料制造的结构，碳纤维复合材料尚未在行业内获得认可在轨道交通运输装备轻量化中采用的材料依次是铝合金

SMC

LFT

玻璃钢

碳纤维复合材料碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的现状由于轨道交通领域缺乏30碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径其技术难点是在结构设计时对不同材料的优化设计和不同材料整体化设计和制造技术轨道交通与碳纤维复合材料领域的技术团队共同攻关借鉴航空复合材料低成本化的经验，由国家支持：非承力件 次承力件 主承力件 全尺寸结构碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径其技术难点是在结31碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径不久前去世的中国材料科学界泰斗师昌绪院士说过：设计时灵魂，材料是基础，工艺是关键，测试是保证由轨道交通领域牵头，与碳纤维复合材料企业结成战略同盟，以低成本为宗旨，以轻量化为目标，做出有示范意义，可批量生产的产品，实现碳纤维复合材料在轨道交通领域的大量应用碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径不久前去世的中国32碳纤维复合材料在汽车领域应用现状汽车多年来一直是继航空之后下一个碳纤维复合材料在结构轻量化应用中重点关注的领域由于汽车（特别是家用轿车）对成本的要求极为苛刻，同时要求有极高的生产效率（每年至少几十万辆），航空领域的碳纤维复合材料技术无法直接应用，只能用于豪华级的汽车，人们多年来一直认为家用轿车无法采用碳纤维复合材料但宝马、通用、丰田的欧美日本的汽车领域坚持不懈，汽车的低成本碳纤维复合材料技术已基本突破，预计在近年内（大约5年内）可望实现碳纤维复合材料家用轿车的批量生产在国际上汽车将是碳纤维复合材料在工业领域，继航空应用之后的第二个重大领域，推动了碳纤维的市场的急速增加碳纤维复合材料在汽车领域应用现状汽车多年来一直是继航空之后下33碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用前景中国的轨道交通车辆轻量化需求远超其他国家由于对碳纤维复合材料技术的研发长期不予重视，中国不可能在近期实现碳纤维复合材料家用轿车的批量生产，在可预见的将来永远只能是汽车生产大国，而不可能是汽车生产强国随着国际上对高速列车的需求日益增加，高速列车市场会越来越大，巨大的国际市场会激发国外公司对交通运输车辆轻量化的重视，碳纤维复合材料技术必将是它们研发的重点方向结合中国国情和国际市场上的竞争态势，轨道交通运输装备将是，也应该是中国碳纤维复合材料在工业领域扩大应用的首选碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用前景中国的轨道交通车辆轻34想不到四十年前人们想不到碳纤维复合材料会成为飞机最主要的结构材料二十年前人们想不到碳纤维复合材料会成为汽车的主要结构用材料今天没有人会想到碳纤维复合材料会成为轨道交通车辆的主要结构材料之一想不到3512/8/2014法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体标准件（ACX工业公司制造）①较铝制车减重＞25%②提高安全舒适度12/8/2014法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体标准件36法国GEC阿尔斯通公司/

SNCF

使用碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂包覆发泡蜂窝材料芯,

制造出了双层、大容量高速客车,

并将总重保持在17吨,与单层高速客车重量水平相同，显著提高了运载能力。法国GEC阿尔斯通37日本的N700

的车体结构中采用了大量的CFRP，其车顶、车底降噪板、车体空穴连接板、车裙等均采用CFRP材料，并据此实现了较其上一代的700系列减重近10吨，同时，加速性能和极速分别调高了62.5

％

和8％。日本的N700的车体结38新一代法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体由ACX工业公司制造，

采用夹层结构，

材料为ROHACELL

71IG泡沫，碳纤维环氧预浸料，在120℃固化，

真空袋压成形。新一代法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体由ACX工业39日本新干线E4碳纤维/环氧司机室日本新干线E4碳纤维/环氧司机室4012/8/2014韩国TTX碳纤维复合材料整体车体不锈钢骨架+碳纤维蒙皮12/8/2014韩国TTX41500公里高速列车车头罩——恒神研发恒神为南车集团青岛四方车辆厂研制的500公里高速列车车头罩已于2012年底正式装车试运行。1

kg铝弹660km/h的高速撞击350

kN的静载荷DIN5510-2的阻燃S4级别500公里高速列车车头罩恒神为南车集团青岛四方车辆厂研制的42轨道列车碳纤维复合材料司机室——恒神研发料）减重要求：冲击要求：阻燃要求：主要性能：≥

20%（比玻璃钢材料）不穿透（UIC-651）S3,SR2,ST2(DIN5510-2)烟毒性要求：FED≤1.0隔热性能：隔音性能：2014-12-8≤1.8W/m2·K(DIN567-1)≥38dB

(DIN52210-6-1989)首件样品设计研发制作已完成，

已通过南车株洲电力机车有限公司验收，

待装车试运行。轨道列车碳纤维复合材料司机室料）减重要求：主要性能：烟毒性要43CFRP受电弓导流罩CFRP司机室操作台CFRP司机室车轮罩材料：玻纤/碳纤混杂重量：46kg 28.5kg减重38%成本：基本相当其他轨道交通碳纤维复合材料制品——恒神研发CFRP受电弓导流罩CFRP司机室操作台CFRP司机室车轮罩44高铁车厢裙板分析和试验结果表明，

所研制的复合材料裙板不仅满足EN12663-2000《轨道车身的结构要求》和DIN

5510-2-2007《轨道车辆中的防火措施——第2部分：原材料和配件的燃烧特性与燃烧边界效应；分类，要求和检测程序》

的要求，而且各项性能指标均优于铝合金裙板。重

量：铝合金裙板结构的总重为5.7kg，复合材料裙板结构重量大约为3.8kg，减重约33.3%。成本：与原金属件基本相当高铁车厢裙板分析和试验结果表明，所研制的复合材料裙板不仅满45利用复合材料的优势（高模量、优异的疲劳性能、可设计性）通过混杂和VARI工艺降低成本按照设计规范，通过计算和必要的试验证明复合材料裙板的结构完整性（安全性）（不因其小而忽略）用示范件征服用户高铁车厢裙板利用复合材料的优势（高模量、优异的疲劳性能、可设计性）高铁车46碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径课件47碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径国际交通运输装备轻量化碳纤维复合材料在交通运输装备轻量化中的应用前景和途径国际交48目前交通运输装备的设计和制造面临着升级换代，国内和国外的交通运输装备制造厂商都试图在该领域取得突破，机会对国内和国外的厂商都是均等的，但国际和国内的巨大市场需求为国内企业带来了特殊的商机，因此国内制造商必须抓住机遇，在国际市场的竞争中占据交通运输装备制造行业制高点，关键是谁能首先取得突破。面对挑战 抓住机遇占据国际交通运输装备制造行业的制高点(b)挑战和机遇目前交通运输装备的设计和制造面临着升级换代，国内和国外的交49《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》“要大力发展新型功能材料、先进结构材料和复合材料，开展共性基础材料研究和产业化，建立认定和统计体系，引导材料工业结构调整。”《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》“要大力发展新型功能50美国国家科技委员会——2012年美国SAMPE会议上的报告“从上个世纪80年代开始，技术的更新与经济发展已经从未像现在这样更多地依赖于新材料的开发利用。”美国国家科技委员会——2012年美国SAMPE会议上的报51材料是推动结构升级的基础碳纤维复合材料的全方位应用是新一代交通运输装备的标志，会成为引领产业结构升级换代、加快国产品牌走向世界、促进我国经济发展的催化剂材料是推动结构升级的基础碳纤维复合材料的全方位应用是新一代交52轻量化是当前交通运输装备发展的潮流节能，降低燃料消耗的需要降低全寿命成本的途径降低全系统工程造价（如桥梁、高架车站等）的需求交通运输装备制造产业升级的要求轻量化是当前交通运输装备发展的潮流节能，降低燃料消耗的需要53轻量化的材料选择新型轻质合金新型增强塑料(SMC和LFT)碳纤维连续纤维增强复合材料轻量化的材料选择新型轻质合金54新型轻质合金的问题与传统金属材料相比，其比刚度和比强度增加有限作为新研发的材料，在工艺制造和长期使用可靠性方面没有积累新型轻质合金的问题与传统金属材料相比，其比刚度和比强度增加有55新型增强塑料(SMC和LFT)的问题比刚度和比强度远低于传统的金属，只能用于非承力结构新型增强塑料(SMC和LFT)的问题比刚度和比强度远低于传统56碳纤维复合材料的优势利用碳纤维的高比模量、高比强度和结构可设计性，减重效果突出，特别是对有较高刚度或变形要求的结构利用复合材料可整体成型和日趋成熟的液体成形工艺（如RTM和VARI工艺），将由大量零件通过机械连接实现的复杂形状金属结构组件，简化为由少量一次成型零件，简单装配即可实现的的复合材料结构，大大减少零件和紧固件数，实现低成本制造在飞机结构中已应用了40年，积累了丰富的设计、制造和使用经验，基本成熟，迄今未因复合材料发生过任何灾难性的事故飞机结构已实现了性价比优于金属结构的低成本工程化应用，复合材料是飞机结构轻量化的惟一选择耐腐蚀、耐老化疲劳性能好优异的抗撞击和吸能性能碳纤维复合材料的优势利用碳纤维的高比模量、高比强度和结构可设57常用结构材料的性能比较常用结构材料的性能比较58应用的难点和存在的疑虑对先进复合材料制品长期使用的可靠性存有疑问，包括疲劳寿命、抗撞击性、耐腐蚀性、老化性能和可维护性等；获得的效益与增加的成本相比是否值得，不知是否能制造出性价比可接受的产品；缺乏对先进复合材料结构设计和制造技术的了解，包括人才和设备等，想用但又不知如何着手。信心(安全) 成本 技术应用的难点和存在的疑虑对先进复合材料制品长期使用的可靠性存有59商用飞机复合材料结构低成本之路上世纪70年代伊朗革命引发了石油危机降低油耗是航空公司对飞机制造商提出的迫切要求飞机结构轻量化是降低油耗的首选

飞机生产厂商（特别是波音和空客）之间的竞争加快了技术的升级换代

历经40年，从技术上解决了低成本复合材料结构技术的工程化应用难题商用飞机复合材料结构低成本之路上世纪70年代伊朗革命引发了石60商用飞机复合材料结构低成本之路1980B767MD87A310B787A380MD82B757A320B777A330A321A340MD110205040301970 1975198519901995200020052010复合材料结构用量

%60MD90A35010商用飞机复合材料结构低成本之路1980B767MD87A31618300设计航程（海里）7900基准最大空重/座+2%基准轮档燃油/座+6%基准现金使用成本/座+8%~900目前所获订单（架）

波音787的竞争机型1090A350波音787座位数（3级布局）2702428300设计航程（海里）7900基准最大空重/座+2%基准轮622004拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB”方案2006年底复合材料用量飙升到52％2006碳纤维复合材料用量约为40％A350迫于商业竞争压力不断修改设计方案，提高复合材料用量2004拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB63商用飞机复合材料结构低成本之路商用飞机复合材料结构低成本之路64商用飞机复合材料结构低成本之路美国政府为推动复合材料在飞机结构中应用的研究计划ACEE（飞机能效计划，1976~1986）ACT（先进复合材料技术计划，1988~1997）AST（先进亚声速计划，1992~2002）CAI（低成本复合材料计划，1996~2006）商用飞机复合材料结构低成本之路美国政府为推动复合材料在飞机结65商用飞机复合材料结构低成本之路欧盟赞助的推动复合材料在机翼机身结构中应用的研究计划TANGO (Technology Application to Near

TermBusinessGoalsand

Objectives，2000~2004)

ALCAS (Advanced Low Cost Aircraft Structures

，2004~2008)商用飞机复合材料结构低成本之路欧盟赞助的推动复合材料在机翼机66商用飞机复合材料结构低成本之路民用飞机与军机相比，更加注重安全性和成本，因此首先从扰流板这样的非受力结构开始应用，然后进入次承力构件，取得成功后再尝试主承力构件；在民机应用的初期，首先通过100多个扰流板的使用，取得复合材料在飞机结构中安全使用的经验和发现使用中出现的复合材料结构特有的问题（湿热影响和冲击损伤）；对尾翼结构的应用表明，仅凭碳纤维复合材料在密度和性能方面的优势所获得的使用成本（耗油）降低，就足以抵消制造成本的增加，使得全寿命成本（即采购成本、使用成本和维护成本之和）低于金属结构，因此从上世纪80年代中期后，几乎所有的民机尾翼结构均采用复合材料，复合材料的用量长期保持在10%左右；商用飞机复合材料结构低成本之路民用飞机与军机相比，更加注重安67商用飞机复合材料结构低成本之路从上世纪70年代中期开始，即着手机翼机身这样的主结构应用，发现仅靠已获得的减重效果带来的效益不足以抵消制造成本的增加，无法取得全寿命成本的优势。开始仍期望提高压缩设计值，以获得更多的减重效果。但研究发现，提高压缩设计值的努力无法取得突破，又转为对材料、制造工艺，以及整体化结构等其他途径的探索。历经了30多年的努力，本世纪初A380（复合材料占结构重量28%）和Boeing787（复合材料占结构重量50%以上，2009年12月15日首飞，2011年9月26日交付航线使用）投入批产，表明由材料、设计、制造工艺、维护性等的技术进步构成的低成本复合材料技术已进入工程化应用。为促进碳纤维复合材料在民用飞机结构中应用，需要政府部门赞助、以降低成本为核心的长期研究计划来牵引。商用飞机复合材料结构低成本之路从上世纪70年代中期开始，即着68复合材料制件的成本构成总成本材料和制造50%紧固件和装配50%制造成本铺贴(46%)铺层切割(8%)NDI(15%)修边(6%)装袋与固化(13%)模具(12%)降低低成成本本的的潜潜力力复合材料制件的成本构成总成本材料和制造紧固件和装配制造成本铺69CC22643020.ppt低成本的解决途径原材料——中模高强碳纤维和增韧树脂复合材料、大丝束、热塑性树脂等加工工艺——非热压罐工艺（OOA），包括真空袋成形、RTM（RFI、VARTM、VARI等），低温固化等制造自动化——ATL，AFP（提高工效和降低废品率）设计技术——整体化（利用共固化和共胶接技术，减少零件数和装配工时）降低维护成本和提高出勤率——利用优良的抗疲劳和耐腐蚀性能CC22643020.ppt低成本的解决途径原材料——中模高70December15

2009低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志December152009低成本复合材料技术已进入工程71低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志低成本复合材料技术已进入工程化应用的标志72成本是关乎碳纤维复合材料生存的命脉，只有生产出被用户接受的产品，碳纤维复合材料才能得到生存、发展和成为推动经济增长的动力。成本是关乎碳纤维复合材料生存的命脉，只有生产出被用户接受的73航空与交通运输装备领域的异同——相同点都有减重的迫切需求开始进入各自领域时都面临相同的问题——缺乏信心（安全）、成本和技术航空与交通运输装备领域的异同都有减重的迫切需求74航空与交通运输装备领域的异同——不同点交通运输装备领域对性能的要求略低于航空对采用碳纤维复合材料的迫切性不如航空对产品成本的可接受程度不如航空交通运输装备用复合材料结构的低成本技术可借鉴航空，但又有自己的特点，需要创新航空与交通运输装备领域的异同交通运输装备领域对性能的要求略低75碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的动力随着对减能降排和增加运力的需求，轨道交通装备减重最有效的措施之一一定是采用碳纤维复合材料目前轨道交通运输设备的总体技术虽稍占上风，但国外的创新能力远高于国内，随着国际上对高铁、轻轨、磁悬浮列车市场的扩大，国外厂商对轨道交通运输装备市场的兴趣会激发它们的技术创新，碳纤维复合材料必然是它们的首选。人无远虑必有近忧碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的动力随着对减能降排和增加76碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的现状由于轨道交通领域缺乏碳纤维复合材料的设计与制造技术，习惯于用金属的设计技术和玻璃钢的传统制造技术，无法用碳纤维复合材料获得性价比优于用现有材料制造的结构，碳纤维复合材料尚未在行业内获得认可在轨道交通运输装备轻量化中采用的材料依次是铝合金

SMC

LFT

玻璃钢

碳纤维复合材料碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的现状由于轨道交通领域缺乏77碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径其技术难点是在结构设计时对不同材料的优化设计和不同材料整体化设计和制造技术轨道交通与碳纤维复合材料领域的技术团队共同攻关借鉴航空复合材料低成本化的经验，由国家支持：非承力件 次承力件 主承力件 全尺寸结构碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径其技术难点是在结78碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径不久前去世的中国材料科学界泰斗师昌绪院士说过：设计时灵魂，材料是基础，工艺是关键，测试是保证由轨道交通领域牵头，与碳纤维复合材料企业结成战略同盟，以低成本为宗旨，以轻量化为目标，做出有示范意义，可批量生产的产品，实现碳纤维复合材料在轨道交通领域的大量应用碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的技术途径不久前去世的中国79碳纤维复合材料在汽车领域应用现状汽车多年来一直是继航空之后下一个碳纤维复合材料在结构轻量化应用中重点关注的领域由于汽车（特别是家用轿车）对成本的要求极为苛刻，同时要求有极高的生产效率（每年至少几十万辆），航空领域的碳纤维复合材料技术无法直接应用，只能用于豪华级的汽车，人们多年来一直认为家用轿车无法采用碳纤维复合材料但宝马、通用、丰田的欧美日本的汽车领域坚持不懈，汽车的低成本碳纤维复合材料技术已基本突破，预计在近年内（大约5年内）可望实现碳纤维复合材料家用轿车的批量生产在国际上汽车将是碳纤维复合材料在工业领域，继航空应用之后的第二个重大领域，推动了碳纤维的市场的急速增加碳纤维复合材料在汽车领域应用现状汽车多年来一直是继航空之后下80碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用前景中国的轨道交通车辆轻量化需求远超其他国家由于对碳纤维复合材料技术的研发长期不予重视，中国不可能在近期实现碳纤维复合材料家用轿车的批量生产，在可预见的将来永远只能是汽车生产大国，而不可能是汽车生产强国随着国际上对高速列车的需求日益增加，高速列车市场会越来越大，巨大的国际市场会激发国外公司对交通运输车辆轻量化的重视，碳纤维复合材料技术必将是它们研发的重点方向结合中国国情和国际市场上的竞争态势，轨道交通运输装备将是，也应该是中国碳纤维复合材料在工业领域扩大应用的首选碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用前景中国的轨道交通车辆轻81想不到四十年前人们想不到碳纤维复合材料会成为飞机最主要的结构材料二十年前人们想不到碳纤维复合材料会成为汽车的主要结构用材料今天没有人会想到碳纤维复合材料会成为轨道交通车辆的主要结构材料之一想不到8212/8/2014法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体标准件（ACX工业公司制造）①较铝制车减重＞25%②提高安全舒适度12/8/2014法国TGV列车碳纤维复合材料双层车体标准件83法国GEC阿尔斯通公司/

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使用碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂包覆发泡蜂窝材料芯,

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